Zinātnieki ir izstrādājuši instrumentu, kas ļauj izsekot noteiktu zāļu pārvietošanos organismā un precīzi noteikt, uz kuriem audiem un orgāniem tās iedarbojas.
Saturs
Precīza medikamentu izplatība organismā un to mijiedarbība ar dažāda veida šūnām nosaka gan to efektivitāti, gan potenciālās blakusparādības. Līdz šim pieejamās metodes sniedza tikai ierobežotu informāciju par medikamentu lokalizāciju, neļaujot precīzi noteikt konkrētas to darbības vietas.
Pētījumā, kas publicēts žurnālā Cell, aprakstīta jaunas metodoloģijas izstrāde, kas ļauj kartēt šūnu līmenī veselos organismos zāļu saistīšanās vietas, kas veido stingras ķīmiskas saites ar saviem mērķiem. Pētījumā šī metode tika izmantota, lai analizētu divu pretvēža zāļu sadalījumu pieaugušiem pelēm.
Kā tika panākta vispusīga zāļu sadales un darbības kartēšana?
Pētījumā aprakstīts, kā viņu izstrādātā metode vCATCH ļāva iegūt trīsdimensiju attēlus par zāļu saistīšanos organismā pelēm, kurām tika ievadīts ibrutinibs un afatinibs — divi kovalentā inhibitori, ko izmanto vēža ārstēšanā. Šie preparāti bloķē galvenās olbaltumvielas, kas piedalās audzēju attīstībā, veidojot stabilas ķīmiskas saites ar saviem mērķiem šūnu iekšienē.
„Parasti pēc zāļu nonākšanas organismā mēs praktiski neko nezinām par to, kā tās mijiedarbojas ar savu mērķi. Līdz šim tas bija „melnais kastīte”,” teica profesors Li Ye , viens no pētījuma autoriem, kurš ieņem N. Pola Vitira katedras vadītāja amatu Skripsa institūtā un ir Govarda Hjūza Medicīnas pētījumu institūta zinātniskais darbinieks.
Saskaņā ar rakstu, „vCATCH nodrošina zāļu vizualizāciju ar šūnu līmeņa izšķirtspēju visā pieaugušas peles ķermeņa virsmas”, kas ir uzlabojums salīdzinājumā ar iepriekšējām metodēm, kas ļāva iegūt attēlus tikai no plānām audu šķēlumiem. Eksperimenti parādīja, ka abi medikamenti plaši izplatās tādos orgānos kā aknas un kuņģa-zarnu trakts, lai gan noteiktos audos tie parāda atšķirīgas likumsakarības.
Iburtiniba gadījumā tika novērota augsta koncentrācija sirdī un asinsvados, kas atbilst medicīniskajā literatūrā aprakstītajiem datiem par sirds un asinsvadu sistēmas blakusparādībām. Šo preparātu izmanto dažādu veidu asins vēža, piemēram, limfomas un leikēmijas, ārstēšanai. Afatinibs, kas ir indicēts nemelikulārā plaušu vēža ārstēšanai, demonstrēja plašāku izplatību plaušu audos.
Pētījumā tika atklātas arī atšķirības izplatībā orgānos. Piemēram, afatinibs tika atrasts galvenokārt nefronos — mikroskopiskos nieru filtros, kas atbild par asins attīrīšanu. Atšķirībā no tā, ibrutinibs uzkrājās nieru garozas kanālos — struktūrās, kas atbild par šī orgāna filtrēto vielu apstrādi un transportēšanu. Šie rezultāti ļauj pieņemt, ka zāļu saistīšanās var izraisīt gan terapeitiskas, gan blakusparādības, jo tās sasniedz šūnu tipus, kas sākotnēji netika paredzēti.
Lai garantētu, ka marķieris sasniedz visas ķermeņa daļas, nevis tikai orgānu virsmas, komanda izstrādāja metodi, izmantojot medu un vairākkārtējus augsti specifiskas ķīmiskas reakcijas ciklus. Šī procedūra, ko sauc par PRCS un RIR, ļāva fluorescējošajam marķierim vienmērīgi un dziļi saistīties vietās, kur darbojās zāles, kā izskaidrots rakstā. “Klikķīmija pēc savas būtības ir ļoti specifiska un efektīva. Tas ļauj mums pilnībā piesātināt sistēmu bez blakusparādībām,” uzsvēra Jē.
Darbs bija tāds, ka modificētas versijas zāles tika ievadītas dzīviem pelēm, lai nodrošinātu to dabisko sadali, un pēc tam, pēc noteiktā laika, izņemti orgāni un viss dzīvnieka ķermenis (pēc ādas noņemšanas) tika apstrādāti ar vielām, kas padarīja tos caurspīdīgus, lai atvieglotu ķīmisko marķēšanu. Pēc tam tika izmantoti speciāli mikroskopi ar plakano apgaismojumu, kas spēj iegūt trīsdimensiju attēlus, un mākslīgā intelekta programmas, kas palīdzēja identificēt un saskaitīt marķētās šūnas.
Lai pārbaudītu metodes uzticamību, pētnieki to testēja uz audiem, kuros jau bija zināma olbaltumvielu klātbūtne, ar kurām saistās zāles. Viņi izmantoja arī veselas peles, lai salīdzinātu normālu zāļu sadalījumu organismā. Tas ļāva viņiem precīzi noteikt, kuras ķermeņa daļas un kāda veida šūnas satur zāles, piemēram, aknu šūnas, imūnsistēmas šūnas un nieru šūnas.
Šīs metodes potenciālās pielietojuma jomas un problēmas
Publikācijā uzsvērts, ka metode vCATCH «nodrošina objektīvu platformu, kas spēj kartēt zāļu kovalento saistīšanos bezprecedenta mērogā un ar bezprecedenta precizitāti». Šis sasniegums var atvieglot negaidītu blakusparādību, piemēram, tās, kas novērotas, lietojot ibrutinibu sirdī un asinsvados, atklāšanu un ļaut nākotnē izstrādāt drošākus medikamentus.
Autori atzīst, ka metode tika testēta uz veselām pelēm, tāpēc saistīšanās raksturs var atšķirties slimību modeļos vai cilvēkiem. Rakstā norādīts, ka “citi pētnieki, kam ir pieredze onkoloģijā, varētu izmantot vCATCH dažādos vēža modeļos”, kas pavērtu iespējas salīdzinošiem pētījumiem, kas palīdzētu optimizēt selektivitāti un drošību ārstēšanā.
„Tas var kļūt par ārkārtīgi vērtīgu instrumentu zāļu testēšanai to attīstības vēlākās stadijās, lai pārliecinātos, ka tās stabili saistās ar saviem mērķiem un neizraisa nevēlamu saistīšanos ar citiem orgāniem,” teica Yee.
Starp pētījuma ierobežojumiem tiek minēta nepieciešamība pielāgot metodiku dažādiem zāļu veidiem un atkarība no augsto tehnoloģiju iekārtām attēlu iegūšanai un analīzei. Neskatoties uz šīm grūtībām, rezultāti liecina, ka vCATCH ir spēcīgs instruments biomedicīnas pētījumiem, kam ir potenciāls integrēties kosmosa ģenētikas un progresīvās farmakoloģijas pētījumos.
